局域网交换机虚拟局域网

1、 第十五讲 局域网互连：交换机、VLAN数据通信与计算机网络（第二版）电子教案1本讲内容第四章 局域网4.6 局域网互连4.6.2 局域网交换机4.6.3 虚拟局域网24.6.2 局域网交换机以太网交换机实际上是一种高性能的多端口网桥。和网桥一样，它从一个端口接收以太网帧，然后向另外一个端口转发，同时它也具有通过学习来构建转发表的功能。 3交换机与集线器的区别交换机的并行程度更高(独享带宽)，不同于集线器的 共享带宽。8口集线器(100Mbps)与8口交换机(400Mbps)的带宽比较交换机的缓存能力更强交换机的智能化程度更高交换机具有支持虚拟局域网(VLAN)的能力4局域网交换机和网桥的主要

2、区别是网桥一般只有少数几个接口，而局域网交换机则可能有几十个端口;并且以太网帧的转发采用了高效的交换逻辑来实现，从而能够达到较高的性能。许多交换机都支持全双工模式，也就是能够同时通过同一个端口发送和接收帧，以全双工方式连接到以太网端口的站点永远也不会检测到冲突的存在，吞吐量是原来的一倍。 交换机与网桥的区别5基于软件实现每个桥只能有一个生成树每个桥通常最多到16个端口桥基于硬件实现(专用集成电路)每个交换机可以有多个生成树有更多的端口交换机桥与交换机的比较6功能交换形式交换方法端口数量双工模式冲突/带宽域广播域STP范例网桥交换机软件存储转发216半双工每端口一个一个一个硬件(专用集成电路)存

3、储转发，直通转发很可能是几百个半双工和全双工每端口一个每VLAN一个每VLAN一个7设备OSI层分隔冲突域分隔广播域备注HUB物理层不不网桥数据链路层是不每个端口是单独的冲突域交换机数据链路层是不实际上是多端口网桥，每个端口是单独的冲突域路由器网络层是是每个端口是单独的广播域8交换机的类型不可管理交换机不具备可管理性，没有CPU或集中管理芯片，只是并行程度、吞吐能力等优于集线器。可管理式交换除了具有不可管理交换机的全部功能，还带有CPU或集中管理芯片，可以支持VLAN及SNMP管理，又称为智能型交换机。9地址学习帧的转发/过滤回路防止交换机的三个功能10交换机如何学习主机的位置最初开机时MAC

4、地址表是空的例如某些交换机最大mac地址表可存1024个。一旦地址表满, 就会洪泛所有到新MAC地址的帧，直到现存地址条目老化为止.Mac地址表条目默认老化时间是300秒，以下命令可改变老化时间MAC地址表E0E1E2E3ABCD0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.444411交换机如何学习主机的位置主机A发送数据帧给主机C交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机A的MAC地址 对应端口E0 该数据帧转发到除端口E0以外的其它所有端口 (不清楚目标主机的单点传送用泛洪方式)0260.8c01.11110260.8c01.

5、22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0: 0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBAMAC地址表12交换机如何学习主机的位置主机D发送数据帧给主机C交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机D的MAC地址对应端口E3该数据帧转发到除端口E3以外的其它所有端口 (不清楚目标主机的单点传送用泛洪方式)E0: 0260.8c01.1111E3: 0260.8c01.4444E0E1E2E3DCABMAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.444413交换机如何过滤帧交换机A发送数据帧

6、给主机C在地址表中有目标主机，数据帧不会泛洪而直接转发E0: 0260.8c01.1111E2: 0260.8c01.2222E1: 0260.8c01.3333E3: 0260.8c01.4444E0E1E2E3XXDCABMAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.444414主机D发送广播帧或多点帧广播帧或多点帧泛洪到除源端口外的所有端口E0E1E2E3DCABE0: 0260.8c01.1111E2: 0260.8c01.2222E1: 0260.8c01.3333E3: 0260.8c01.4444广播帧和多点传

7、送帧MAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.444415以太网交换机的逻辑结构 16典型的以太网交换机的结构包括中心的交换电路、以太网端口、连接到交换电路上的输入和输出缓存。交换以太网采用存储转发（Store and Forward）、直通（Cut Through）或无残帧（Fragment Free）技术来实现信息帧的转发。17存贮转发完整地收到帧并检查无错后才转发FrameFrameFrame交换机将帧向目的端口转发之前要先收到完整的帧并进行CRC校验、确定目的地址。交换机将整个帧存储在内存缓冲区中，直到它获得有效

8、资源才将其发往目的地。优点：抛弃小于64字节的帧以及其他任何受损的帧，可以节约带宽。缺点：延迟较大且不固定，因为它在转发之前要收到并处理完整的帧。 18直通转发交换机检测到目标地址后即转发帧Frame交换机一确定帧的目的MAC地址和正确的端口号，就立即将帧转发出去。通常情况下，大约在收到帧头14个字节左右就开始转发。优点：比存储转发具有更小且相对固定的延迟时间缺点：坏帧、小于64字节的帧，也会转发，可能浪费带宽。 19无残帧 (也叫片段转发，直通转发的修订版)与直通转发类似，收到帧的64字节的数据后 转发FrameFrame大多数错误和冲突（正常冲突）出现在一个帧的前面64个字节，基本上前面6

9、4个字节没问题，则整个帧也不会有问题。 20帧交换有些交换机（自适应交换机）将这些帧转发技术结合起来当误码率低的时候使用直通转发当误码率高的时候使用存储转发214.6.3 虚拟局域网虚拟局域网VLAN（Virtual LAN）试图解决广播帧隔离的问题，通过VLAN技术，一个扩展的LAN可以被分割成几个逻辑上处于不同位置的虚拟局域网，每个虚拟局域网被分配一个标识，帧只在具有相同VLAN标识的网段间转发，从而可以限制广播帧的扩散的范围。22如何分割一个扩展的LAN呢？一般有三种方法：基于端口的VLAN 根据局域网交换机的端口来进行分割，也就是说网管把交换机的某个端口分配进某个VLAN中。基于MAC

10、地址的VLAN 交换机维护了一个MAC地址和对应VLAN的表，根据帧的源MAC或者目的MAC地址来确定属于哪一个VLAN。基于协议的VLAN 交换机收到一个帧之后，根据第三层（网络层）的协议和第三层地址来判断属于哪一个VLAN。23基于端口的VLAN是使用较为广泛的VLAN技术，给出一个简单的VLAN配置WB1B2XVLAN 100VLAN 100YZVLAN 200VLAN 20024VLAN帧格式里面包括优先级、CFI、VLAN ID字段VLAN中可能会有三种类型的帧携带了VLAN ID的标记帧（其中VLAN ID不为0）传统的LAN帧，又被称为未标记帧优先级标记帧，即包括了携带优先级信息

11、的VLAN头部25支持VLAN的局域网中链路根据其上可以传输的帧的类型可以分为3种链路：干线（Trunk）链路接入（Access）链路混合（Hybrid）链路26A. 干线（Trunk）链路在该链路上传输的帧为携带有VLAN标识的标记帧（该链路所连接的设备都是支持VLAN的设备）27B. 接入（Access）链路在该链路上传输的帧没有携带VLAN标识的所有非标记帧（该链路所连接的是传统的以太网设备）28C. 混合（Hybrid）链路在该链路上即可以传输标记帧，也可以传输非标记帧（在该链路上可以连接传统以太网设备和支持VLAN的设备）29C. 混合（Hybrid）链路注意：对于某个具体的VID而

12、言，在该链路上传输的帧必须是一致的(或者是标记帧或者是非标记帧)，主要是考虑到该链路上属于同一个VLAN的传统以太网设备和支持VLAN设备的互联。30WB1B2XVLAN 100VLAN 100YZVLAN 200VLAN 200 XW交换机B2收到来自X的帧之后，会插入VLAN头部，表示这个帧属于VLAN100，且转发给交换机B1，交换机B1去掉VLAN头部，并且转发给属于同一个VLAN的端口31例：交换机（cisco2950）上的VLAN配置了解干线链路了解接入链路3233S01#vlan databaseS01(vlan)#vlan 3 jishuS01(vlan)#vlan 7 cai

13、wuS01(vlan)#exitS01(config)#int fa0/2S01(config-if)#switchport mode trunk （干线链路）S01(config-if)#exitS01(config)#int fa0/4S01(config-if)#switchport mode access （接入链路）S01(config-if)#switchport accesse vlan 3S01(config-if)#exitS01(config)#int fa0/5S01(config-if)#switchport mode accessS01(config-if)#swit

14、chport accesse vlan 7S01(config-if)#exit34S02#vlan databaseS02(vlan)#vlan 3 jishuS02(vlan)#vlan 7 caiwuS02(vlan)#exitS02(config)#int fa0/12S02(config-if)#switchport mode trunkS02(config-if)#exitS02(config)#int fa0/1S02(config-if)#switchport mode accessS02(config-if)#switchport access vlan 3S02(confi

15、g-if)#exitS02(config)#int fa0/2S02(config-if)#switchport mode accessS02(config-if)#switchport access vlan 7S02(config-if)#exit35 4.37 ） P186147258369B1B3B2B41431112221111124首先，确定 根桥 和 非根桥36 4.37 ） 147258369B1B3B2B41431112221111124 根桥非根桥非根桥非根桥再确定 选取桥37 4.37 ） 147258369B1B3B2B41431112221111124 根桥非根桥非根

16、桥非根桥选取桥选取桥选取桥选取桥确定非根桥上的 根端口38 4.37 ） 147258369B1B3B2B41431112221111124 根桥非根桥非根桥非根桥选取桥选取桥选取桥选取桥确定 选取端口根端口39 4.37 ） 147258369B1B3B2B41431112221111124 根桥非根桥非根桥非根桥选取桥选取桥选取桥选取桥根端口选取端口40 4.37 ） 147258369B1B3B2B41431112221111124 根桥非根桥非根桥非根桥选取桥选取桥选取桥选取桥根端口选取端口xxxx41作业P156 4.37在图上标出写出: 根桥： B1 。 非根桥 ： B2、B3、B4 。 选取桥： B1、B2、B3、B4 。 根端口： 。 选取端口： 。 非选取端口： 。x42 4.37 ） 147258369B1B3B2B41431112221111124再次 确定 根桥 和 非根桥43 4.37 ） 147258369B1B3B2B41431112221111124 根桥非根桥非根桥 确定 选取桥44 4.37 ） 147258369B1